[發明專利]高功率密度電力電子變壓器拓撲結構及其控制方法

有效

• 申請號: 201710819005.0
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107612407B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 陳武;馬大俊;蔣曉劍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M7/72
• 分類號: H02M7/72
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

1.高功率密度電力電子變壓器拓撲結構，其特征在于：所述的電力電子變壓器拓撲結構包括高壓交流級、高頻隔離變壓器及低壓直流級，高壓交流級包括高壓交流電源、濾波電感、N個級聯的全橋子模塊、串聯諧振電路，高壓交流電源經過濾波電感之后連接到N個級聯的全橋子模塊的輸入端，N個級聯的全橋子模塊的輸出端連接回到高壓交流電源，構成工頻信號的傳遞回路，串聯諧振電路的一端與N個級聯的全橋子模塊的輸入端連接，另一端與高頻隔離變壓器原邊的同名端連接，高頻隔離變壓器原邊的異名端與N個級聯的全橋子模塊的輸出端連接，高頻隔離變壓器、串聯諧振電路以及N個級聯的全橋子模塊一起構成串聯諧振回路，輸出高頻波形，實現能量傳遞；所述高頻隔離變壓器用于進行能量傳遞和電氣隔離，同時實現高頻交流電壓的升降調節；所述低壓直流級包括H橋和濾波電容，用于將高頻的交流電能轉換為穩定的低壓直流電能；

其控制方法包括如下步驟：

步驟1，令串聯諧振電路中的電感值以及電容值符合以下公式：

在頻率為f_h時串聯諧振電路處于串聯諧振狀態，且串聯諧振電路的諧振頻率與往調制波信號中疊加的高頻信號的頻率一致，為f_h；

步驟2，對高壓交流級的控制采用電壓外環電流內環的雙閉環控制策略，同時對各全橋子模塊的電容進行均壓控制，將一個全橋子模塊的電容電壓作為電壓外環控制對象，將高壓交流級的電流作為電流內環控制對象，經過PI調節和坐標變換得到調制波的信號，并且往得到的調制波信號中疊加一個高頻信號作為新的調制波信號，且該疊加的高頻信號的頻率f_h與串聯諧振電路的諧振頻率相等，大于工頻，同時又小于開關頻率，該高頻信號的幅值小于調制波信號的幅值；根據疊加了高頻信號的新調制波信號，再對N個級聯的全橋子模塊的電容進行均壓控制，同時使用載波移相控制，產生相應的PWM驅動信號；

步驟3，在使用了步驟2中的疊加了高頻信號的新調制波信號之后，橋臂中N個級聯的全橋子模塊等效成為一個交流電壓源，該交流電壓源由工頻正弦信號和高頻信號組成，其中工頻正弦信號與高壓交流電源構成回路，而高頻信號通過串聯諧振電路流向變壓器的原邊并向低壓直流級傳遞能量；

步驟4，低壓直流級的控制采用對輸出電壓的閉環控制，當高壓交流級的調制信號中疊加的是高頻正弦信號時，采用電壓外環電流內環的雙閉環控制策略得到SPWM的調制波信號，且將低壓側的直流輸出電壓作為電壓外環的控制對象，將高頻隔離變壓器的原邊電流作為電流內環控制對象；當高壓交流級的調制信號中疊加的是高頻方波信號時，則對低壓直流級中的H橋采用移相控制，且通過對低壓側直流輸出電壓的閉環控制得到所需要的移相角。

2.根據權利要求1所述的高功率密度電力電子變壓器拓撲結構，其特征在于：N個級聯的全橋子模塊、串聯諧振電路、高頻隔離變壓器均為多組，低壓直流級包括多個H橋，多個H橋的輸出串聯或并聯后作為低壓側的輸出。

3.根據權利要求1所述的高功率密度電力電子變壓器拓撲結構，其特征在于：使用高頻隔離變壓器中的漏感來代替串聯諧振電路中的諧振電感，并將高頻隔離變壓器中的漏感和原副邊視為一個整體的高頻隔離變壓器。

4.根據權利要求1所述的高功率密度電力電子變壓器拓撲結構，其特征在于：所述的串聯諧振電路采用帶通濾波器代替。